大功率充电新时代：霍尔电流传感器在充电桩直流侧的关键应用
近日，国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部、交通运输部四部门联合发布《关于促进大功率充电设施科学规划建设的通知》，明确提出到2027年底，全国单枪充电功率达到250千瓦以上的大功率充电设施将超过10万台。这一政策不仅是对充电基础设施的量与质的双重提升，更是对电力电子技术、安全监测和能效管理的全面考验。大功率充电桩的普及，将加速新能源汽车充电网络的智能化升级，推动电动汽车、储能系统和智能电网的深度融合，重塑整个新能源产业生态。
一、大功率充电桩相关知识
大功率充电桩是指具备高功率输出能力的充电设备，主要用于快速充电，能够大幅缩短充电时间。根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟的定义，大功率充电桩主要集中在公共充电桩里的直流桩，即通常所说的120千瓦以上的快充桩，还包括480千瓦以上的超充桩。
1.1技术原理
大功率充电主要通过提高充电电压或增大充电电流，或者两者兼而有之的方式，来增加单位时间内输送到电池的电量。例如，传统充电可能采用较低的电压和电流，而大功率充电可能会采用更高的电压（如800V甚至1000V）或更大的电流（如800A、1500A）。同时，智能充电管理技术会实时监测电池状态，自动调整充电参数，确保充电过程的安全和高效。
1.2大功率充电桩的电流监测需求
大功率充电桩的电流监测是确保其安全、高效运行的关键环节，需满足高精度、宽范围、快速响应等核心需求。以下是结合行业技术标准与设备选型要点的综合分析：
核心监测需求
宽电流范围覆盖
大功率充电桩（如300kW超充桩）的电流范围通常为1A-300A，需监测从涓流充电（1A-5A）到满负荷大电流（如300A）的全过程。例如，家庭慢充桩需检测毫安级微小电流波动，而商用快充桩需支持300A大电流的稳定输出。
高精度与分辨率
电流监测精度需达到0.1A级分辨率（百分比数值通常达到0.7%），尤其在低电流阶段（如1A-5A）需避免因参数漂移导致电池寿命损耗。高精度传感器（如0.1级）可捕捉电流纹波、三相不平衡等细节问题。
快速动态响应
充电桩在启动、故障保护等场景下需实现毫秒级响应（如≤1μs），以应对瞬态电流冲击（如3倍额定电流）。例如，至茂科技的检测设备支持0延迟动态检测，确保保护机制及时触发。
环境适应性与可靠性
监测设备需具备工业级防护（如IP54）、智能散热系统，适应户外高温、多尘等复杂环境，并支持长时间高负荷运行。
1.3关键监测点
- 交流输入侧：
- 监测三相输入电流，优化 PFC 电路，提高功率因数。
- 直流输出母排：
- 实时监测充电电流，为 BMS 和控制系统提供反馈。
- DC-DC 变换模块：
- 监测功率器件（如 IGBT）的相电流，优化PWM控制。
- 绝缘故障检测：
- 检测漏电流，确保充电安全。
1.4监测技术要求
- 高精度：误差需低于±0.5%。
- 快速响应：响应时间需小于1μs，适应高频开关信号。
- 高绝缘性：耐压需达3kV 以上，适应 800V 高压系统。
二、 霍尔电流传感器在大功率充电桩中的应用
2.1 为什么选择霍尔电流传感器？
- 非接触式测量：无插入损耗，适合高功率应用。
- 高绝缘性能：原副边绝缘耐压达3kV，符合 IEC 61800-5-1 标准。
- 宽温工作范围：适应户外环境的-40°C 至85°C。
2.2 应用场景对比
监测点 |
适用传感器类型 |
关键作用 |
| 交流输入侧 | 霍尔传感器/分流器 | 功率因数优化、过载保护 |
| 直流输出母排 | 霍尔传感器（CR1A） | 精确计费、过流保护 |
| DC-DC 变换模块 | 霍尔传感器（CR1A） | PWM 控制反馈、功率器件保护 |
| 绝缘故障检测 | 零序电流互感器 | 漏电流检测 |
三、CR1A系列霍尔电流传感器
CR1A系列是芯森电子自主研发的霍尔闭环电流传感器，用于测量直流、交流和脉冲电流。其主要有以下特性：
3.1 高精度测量
- 精度：CR1A 系列传感器的测量误差低至±0.5%，适用于充电桩的计费和安全监测。
- 线性度：优异的线性度（<0.1%）确保在整个测量范围内保持一致的精度。
3.2 非接触式测量
- 无插入损耗：非接触式设计避免了传统分流器的功率损耗，适合高功率应用。
- 安装便捷：直接套装在母排或线缆上，无需断开电路。
3.3 高绝缘性能
- 绝缘耐压：原副边绝缘耐压达3kV，符合IEC 61800-5-1标准，适用于 800V 高压系统。
- 安全性：确保在高压环境下的可靠运行。
3.4 快速响应
- 响应时间：<1μs，适用于动态电流监测，如 PWM 控制信号。
- 带宽：200kHz，适应高频开关电流的监测。
3.5 宽温工作范围
- 工作温度：-40°C 至85°C，适应户外复杂环境。
- 稳定性：低温漂特性确保在极端温度下的测量精度。
3.6 机械适配性
- 穿孔设计：圆形穿孔（如 Φ23.0mm）适用于标准母排尺寸。
- 紧凑尺寸：58×68×50mm，适合充电桩内部的狭小空间。
3.7 CR1A在大功率充电桩的应用部署
最终 DC 输出母排
- 部署位置：逆变器输出端，连接充电线缆之前。
- 应用价值：
- 实时监测充电电流，确保不超过额定值（如 500A）。
- 通过多匝穿孔法，扩展测量范围（例如，2 匝穿孔将500A转换为250A测量值）。
- 为 BMS 提供精确数据，实现闭环控制。
DC-DC 变换模块
- 部署位置：功率模块的输入/输出母排。
- 应用价值：
- 监测 IGBT 的相电流，优化开关时序。
- 检测过流或短路，保护功率器件。
不适用场景
- 绝缘故障检测：需使用专业的漏电流传感器。
- 充电枪/线缆：CR1A 体积过大，建议使用小型霍尔传感器。
CR1A 系列的应用价值总结
应用场景 |
适用性 |
传感器型号 |
部署方案 |
| 最终 DC 输出母排 | CR1A 300 H00 | 多匝穿孔法 | |
| DC-DC 变换模块 | CR1A 200 H00 | 相电流监测 | |
| 绝缘故障检测 | 专业传感器 | 不适用 | |
| 充电枪/线缆 | 小型传感器 | CR1A 体积过大 |
结论
在大功率充电桩中，CR1A 系列霍尔电流传感器的最佳应用场景集中在直流侧，特别是最终 DC 输出母排和DC-DC 变换模块。通过多匝穿孔法，CR1A 300 H00 可扩展其测量范围，满足高电流需求。而对于绝缘故障检测和充电枪/线缆监测，则需选择更专业的传感器。CR1A 系列凭借其高精度、非接触式测量和高绝缘性，成为大功率充电桩直流侧电流监测的理想选择。
